插補變徑式輪胎壓裝頭

何國鵬，王平利，汪紅，郝曉輝

（西安航天自動化股份公司，陜西 西安 710065）

在汽車整車的裝配生產過程中，輪胎裝配是非常重要而且必不可少的一個生產環節。自動輪胎壓裝機就是在自動化生產中實現輪輞與輪胎裝配過程的設備。

1 自動輪胎壓裝機的工作過程

自動輪胎壓裝機主要由兩大部件及輔助裝置組成。兩大部件即輪輞對中夾緊固定裝置和輪胎壓裝頭旋轉裝置，輔助裝置是指在輪輞與輪胎裝配過程中，對輪胎支承、壓緊等裝置。

輪胎壓裝過程如下。首先，將輪胎斜放在輪輞上，由傳輸線將輪胎與輪輞的組合體輸送到壓裝機的壓裝工位；輪輞對中裝置工作，使得輪輞的中心與壓裝頭旋轉的中心重合，并夾緊固定輪輞；壓裝頭下降到輪輞的高度（輪輞的寬度方向），插在輪胎內圈與輪輞外圈之間；在輔助裝置配合下，壓裝頭開始旋轉，壓裝頭旋轉第一圈將輪胎的下唇套與輪輞上，旋轉第二圈將輪胎的上唇套在輪輞上，壓裝完成；最后，由傳輸線將壓裝完成的輪胎輸送出壓裝機。

為了適應不同直徑的輪輞、輪胎裝配，要求壓裝機的壓裝頭旋轉半徑能夠根據要裝配的輪輞、輪胎尺寸進行變換。

2 壓裝頭旋轉半徑的變換方法

目前，輪胎壓裝生產線上自動壓裝機壓裝頭旋轉半徑的變換普遍使用以下兩種方法。

圖1

圖2

第一種方法，如圖1所示，在旋轉體上安裝絲杠螺母結構，絲杠由伺服電機驅動，螺母帶動壓裝頭做直線運動，達到變換壓裝頭旋轉半徑的目的。

設備初始定標時，把壓裝頭對準輪輞的中心設定為原點。針對不同尺寸的輪輞，設備工作時，把其半徑作為壓裝頭的目標位置，系統自動把壓裝頭調節到位，實現壓裝頭旋轉半徑的改變。

這種方法的優點是，壓裝頭旋轉半徑的調節非常精確。缺點是，由于調徑伺服電機的安裝基座在輪胎壓裝過程中也要旋轉，伺服電機的驅動電源及編碼器反饋信號要通過電旋轉接頭引出到控制系統的驅動器上，一旦電旋轉接頭中有一根線在旋轉過程中接觸不良，就會造成電機缺相或者反饋信號不穩定，甚至錯誤。壓裝機就不能正常工作，故障率高，且電旋轉接頭可維修性差，更換的成本也很高。

第二種方法，如圖2所示，在旋轉體上安裝氣缸滑塊結構，由兩個雙行程氣缸頭—頭對接，其中一個氣缸的尾端固定在旋轉體上，另一個氣缸的尾端與壓裝頭連接。通過氣缸的行程組合，達到變換壓裝頭旋轉半徑的目的。

變徑氣缸行程組合表如表1。

表1

這種方法的優點是，成本低，故障率相對較低。盡管氣缸在輪胎壓裝過程中也在旋轉，氣缸的控制氣路通過氣旋轉接頭引出，但與電旋轉接頭相比，接觸要求低，技術成熟，可靠性高。缺點是，氣缸組合只能提供七種半徑，對于大于七種規格輪胎的壓裝將無法實現；而且氣缸的行程不是輪輞半徑差的整數倍，所以有累積誤差，不能保證壓裝過程中，壓裝頭與各種規格的輪輞間隙相同。

3 插補式壓裝頭的變徑方法

無論是采用兩個雙行程氣缸組合方式，還是采用伺服電機驅動方式改變壓裝頭的旋轉半徑，其設計思想均基于傳統的結構思維，即在旋轉的機構上，再實施旋轉半徑的調節。因此，變徑的控制信號不可避免地要通過旋轉接頭引出，不管是電信號還是氣信號。

隨著控制技術的發展，特別是伺服運動控制技術和多軸插補技術及運動同步技術的運用，筆者考慮，完全可以運用上述技術，采用別的方式實現壓裝頭的旋轉和旋轉半徑的調節，而避開旋轉接頭，在成本增加不大的情況下，提高輪胎壓裝設備的可靠性和適應性。

圖3

如圖3所示，將壓裝頭安裝在由兩個伺服電機驅動的X-Y坐標軸上，而用X-Y坐標軸機構取代原來的旋轉機構。在系統初始定標時，將壓裝頭對準輪輞的中心，把此時的X、Y坐標設為原點。在實際輪胎壓裝時，壓裝頭的初始位置坐標為（R+Δ,0），其中R為輪輞半徑，Δ為壓裝過程中要求的壓裝頭與輪輞的間隙。在壓裝過程中，控制系統控制X、Y軸的驅動伺服電機以其坐標原點（0,0）為中心，以（R+Δ）為半徑做插補園的運動，實現輪胎與輪輞的壓裝。

由此可見，這種插補式壓裝頭，不但無須原來的旋轉機構，也避免了電或氣的旋轉接頭，提高了壓裝頭的工作可靠性和穩定性，而且調徑方便、精準，可以適應任何直徑的輪輞輪胎壓裝。

但有一個問題不能忽略，當壓裝頭安裝于旋轉機構上時，壓裝輪與輪輞始終是相切關系，起到保護輪輞和輪胎的作用。當壓裝頭安裝于X-Y坐標軸機構上時，壓裝輪不再旋轉，并不能保證與輪輞的相切關系。對此，在機構上，增加一臺伺服電機驅動壓裝輪軸，在控制上，使得其旋轉角速度與X-Y插補圓的角速度同步。這樣，只要系統初始化時使其初始位置與輪輞相切，在運行過程中就一直保持與輪輞相切，起到保護輪輞和輪胎的作用。

4 結語

插補變徑式輪胎壓裝頭以一種新的結構思維實現輪胎與輪輞的壓裝。結構成熟簡單，避免了信號連接所需的旋轉接頭，工作穩定可靠，可以適應任何直徑的輪輞輪胎壓裝。